【摘要】：油井水泥環(huán)的密封完整性是實現油氣正常開采和增產的前提,是延長油氣井生產壽命的保障。在油氣井施工及生產過程中,水泥環(huán)將承受各種來自于套管及地層的應力作用,要求水泥環(huán)具有良好的力學變形能力,以至于不會輕易遭受損壞。一旦水泥環(huán)完整性遭受破壞,輕則影響油氣的開采效率,重則引發(fā)施工事故,危及施工安全。隨著勘探開發(fā)技術的日趨成熟,高溫深井越來越多的出現在勘探開發(fā)的任務中,因此,開展水泥石在高溫下的力學變形研究,對于分析和評價水泥環(huán)承載能力及有關施工參數等都具有重要意義。目前針對水泥石在高溫下的力學性能主要都集中在水泥石的強度方面,一般將水泥石的單軸抗壓強度作為主要的工程性能指標,并對其進行重點檢測和分析。然而,水泥環(huán)在井下的載荷作用下,主要存在兩種破壞形式,一是當外載荷超過水泥石所能承載的極限強度時,水泥環(huán)將產生強度破壞;二是由于水泥環(huán)的力學變形能力遠不及套管材料,因此水泥環(huán)在套管變形應力作用下容易產生變形破壞,導致水泥環(huán)在低應力環(huán)境下發(fā)生張性破壞產生徑向裂紋,在高應力環(huán)境下水泥環(huán)與套管膠結面發(fā)生分離而產生微環(huán)隙,均無法實現對地層的有效封固。因此,水泥環(huán)的承載能力不僅取決于水泥環(huán)的強度,更取決于其力學變形能力。本文在高溫下油井水泥的水化硬化與強度的成熟的理論基礎上,針對水泥石在高溫養(yǎng)護后的力學變形開展了研究。首先針對高溫固井中常用的水泥漿體系選取了具有代表性的密度分別為 1.90g/cm3、2.20g/cm3、2.40g/cm3 三套,在 90℃、120℃、150℃、180℃和210℃的高溫養(yǎng)護溫度點展開水泥石力學變形研究,采用單軸應力-應變和三軸應力-應變的測試方法和SEM微觀測試得到了水泥石在高溫養(yǎng)護后的力學變形規(guī)律和機理分析,結果表明水化產物的結構和形貌是影響水泥石力學變形的主要因素。針對密度為1.90g/cm3的水泥石彈性模量大、泊松比小、力學變形極差的特點開展了材料改性研究。分別從纖維材料、彈性顆粒材料和膠乳材料中各優(yōu)選出XW纖維、XJF橡膠粉和JR膠乳進行力學變形材料改性研究,并通過單軸、三軸測試了力學變形改善效果,結果表明結果表明三類材料對水泥石對水泥石的力學變形均有不同程度的改善效果,并通過對水泥石進行SEM微觀測試,分析了改性材料的作用機理;最后通過水泥環(huán)密封完整性測試裝置模擬的高應力環(huán)境和低應力環(huán)境下分別對摻有改性材料的水泥環(huán)進行力學封固完整性評價,以驗證改性材料改善水泥環(huán)力學變形作用效果,結果表明摻有JR膠乳和XW纖維后,水泥環(huán)滿足力學封固完整性要求。
【圖文】：

圖１－１論文研究技術路線逡逑

圖２－１邋ＯＷＣ－９３９０ＢＬ型高溫高壓養(yǎng)護釜逡逑２．１．２高溫固井水泥石強度穩(wěn)定性測試逡逑
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE256

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 龍丹;程小偉;時宇;黃良;劉開強;李早元;郭小陽;;微細橡膠粉對油井水泥基復合材料性能的影響[J];硅酸鹽通報;2015年09期

2 常培敏;劉健;李早元;程小偉;郭小陽;;油井水泥石三軸力學行為數學分析模型[J];硅酸鹽通報;2015年02期

3 陳凡斌;張浩;;玄武巖纖維對油井水泥石韌性改善的室內研究[J];科技視界;2015年01期

4 趙效鋒;管志川;廖華林;吳彥先;;水泥環(huán)力學完整性系統化評價方法[J];中國石油大學學報(自然科學版);2014年04期

5 程小偉;黃盛;龍丹;李早元;郭小陽;;等離子改性廢舊橡膠顆粒增強固井水泥石性能[J];石油學報;2014年02期

6 楊振杰;姜曉強;吳志強;高亮;朱海濤;;固井水泥環(huán)完整性模擬評價實驗儀研究[J];鉆井液與完井液;2013年06期

7 楊元意;程小偉;付強;李明;郭小陽;;可再分散乳膠粉改性水泥石孔隙結構與氯離子滲透性研究[J];鉆井液與完井液;2013年05期

8 楊志伏;孟慶元;陳曉樓;高莉莉;;膨脹水泥環(huán)空界面徑向應力理論解及實驗驗證[J];石油勘探與開發(fā);2012年05期

9 趙金;張遂安;馬東民;湛鳳巍;葉姜;安騰飛;張維驛;;注二氧化碳提高煤層氣采收率數值模擬[J];天然氣與石油;2012年01期

10 張景富;林波;王s，

本文編號：2639046